אלקטרונגטיביות: סולמות, שונות, תועלת ודוגמאות - כִּימִיָה - 2025

אלקטרושליליות היא יחסית רכוש תקופתי לגבי היכולת של אטום למשוך אלקטרוני צפיפות של הסביבה המולקולרית שלה. זו הנטייה של אטום למשוך אלקטרונים כשהוא מחובר למולקולה. הדבר בא לידי ביטוי בהתנהגותם של תרכובות רבות ובאופן האופן בו הם מתקשרים אינטרקולרי זה עם זה.

לא כל האלמנטים מושכים אלקטרונים מהאטומים הסמוכים באותה מידה. במקרה של אלה שמוותרים בקלות על צפיפות אלקטרונים אומרים שהם אלקטרופוזיטיביים, בעוד שאלו ש"מכסים "את עצמם באלקטרונים הם אלקטרוניים. ישנן דרכים רבות להסביר ולהתבונן בנכס (או מושג) זה.

מקור: Wikipedia Commons.

לדוגמה, במפות הפוטנציאליות האלקטרוסטטיות למולקולה (כמו זו עבור כלור דו-חמצני בתמונה למעלה, ClO ₂ ) נצפתה השפעה של אלקטרונטיביות שונות עבור אטומי הכלור והחמצן.

הצבע האדום מציין את האזורים העשירים באלקטרונים של המולקולה, δ-, והצבע הכחול מציין את האלו העניים באלקטרונים, δ +. כך, לאחר סדרה של חישובים חישוביים, ניתן להקים סוג זה של מפה; רבים מהם מראים קשר ישיר בין מיקום האטומים האלקטרוניים ושל δ-.

ניתן לדמיין זאת גם באופן הבא: בתוך מולקולה, סביר להניח כי מעבר אלקטרונים יתרחש בסביבת האטומים האלקטרוניגטיביים ביותר. מסיבה זו, עבור ClO ₂ אטומי החמצן (הספירות האדומות) מוקפים בענן אדום, ואילו אטום הכלור (התחום הירוק) הוא ענן כחלחל.

ההגדרה של אלקטרונגטיביות תלויה בגישה הניתנת לתופעה, יש כמה סולמות הרואים בה היבטים מסוימים. עם זאת, לכל המאזניים יש המשותף לכך שהם נתמכים על ידי הטבע המהותי של האטומים.

מאזניים אלקטרוניים

אלקטרונגטיביות אינה מאפיין שניתן לכמת, וגם אין לו ערכים מוחלטים. למה? מכיוון שהנטייה של אטום למשוך צפיפות אלקטרונים אליו אינה זהה בכל התרכובות. במילים אחרות: אלקטרונטיביות משתנה בהתאם למולקולה.

אם עבור מולקולת ClO ₂ , אטום ה- Cl היה מחליף לאטום N, אז גם הנטייה של O למשוך אלקטרונים תשתנה; זה יכול להגדיל (להפוך את הענן לאדום יותר) או להקטין (לאבד צבע). ההבדל היה טמון בקישור NO החדש שנוצר ובכך יש מולקולת ONO (חנקן דו חמצני, NO ₂ ).

מכיוון שהאלקטרונגטיביות של אטום אינה זהה לכל הסביבה המולקולרית שלה, יש צורך להגדיר אותה במונחים של משתנים אחרים. בדרך זו יש לנו ערכים המשמשים התייחסות ומאפשרים לחזות, למשל, את סוג הקשר הנוצר (יוני או קוולנטי).

סולם פאולינג

המדען הגדול והזוכה בשני פרסי נובל, לינוס פאולינג, הציע בשנת 1932 צורה כמותית (ניתנת למדידה) של האלקטרונגטיב המכונה סולם פאולינג. בתוכו, האלקטרוניטיביות של שני אלמנטים, A ו- B, היוצרים קשרים, הייתה קשורה לאנרגיה הנוספת הקשורה לאופי היוני של הקשר AB.

איך זה? תיאורטית קשרים קוולנטיים הם היציבים ביותר, מכיוון שהפיזור של האלקטרונים שלהם בין שני אטומים הוא שוויוני; כלומר, עבור מולקולות AA ו- BB שני האטומים חולקים את צמד האלקטרונים של הקשר באותה צורה. עם זאת, אם A הוא אלקטרונגטיבי יותר, אז הצמד הזה יהיה יותר מ- A מאשר מ- B.

במקרה כזה, AB כבר לא קוולנטית לחלוטין, אם כי אם האלקטרונגטיביות שלה אינה שונה בהרבה, ניתן לומר כי הקשר שלה הוא בעל אופי קוולנטי גבוה. כאשר זה קורה, הקשר עובר חוסר יציבות קטן ורוכש אנרגיה נוספת כתוצר של ההבדל האלקטרוניטיבי בין A ל- B.

ככל שהבדל זה גדול יותר, כך האנרגיה של הקשר AB גדולה יותר, וכתוצאה מכך האופי היוני של אותו קשר גדול יותר.

סולם זה מייצג את השימוש הנפוץ ביותר בכימיה, וערכי האלקטרוניטיבים נבעו מהקצאת ערך 4 לאטום הפלואור. משם הם יכלו לחשב את זה של שאר האלמנטים.

סולם מוליקן

בעוד שקנה ​​המידה של פאולינג קשור לאנרגיה הקשורה לקשרים, סולם רוברט מוליקן קשור יותר לשתי תכונות תקופתיות אחרות: אנרגיית יינון (EI) וזיקה אלקטרונים (AE).

לפיכך, אלמנט בעל ערכי EI ו- AE גבוהים הוא מאוד אלקטרוני, ולכן ימשוך אלקטרונים מהסביבה המולקולרית שלו.

למה? מכיוון ש- EI משקף כמה קשה "לקרוע" ממנו אלקטרון חיצוני, ו- AE כמה יציב האניון שנוצר נמצא בשלב הגז. אם לשני המאפיינים יש סדר גודל גבוה, אז היסוד הוא "מאהב" של אלקטרונים.

אלקטרואקטיביות המוליקן מחושבות עם הנוסחה הבאה:

Χ _M = ½ (EI + AE)

כלומר, χ _M שווה לערך הממוצע של EI ו- AE.

עם זאת, בניגוד לסולם פאולינג התלוי באילו אטומים יוצרים קשרים, הוא קשור לתכונות של מצב הערכיות (עם התצורות האלקטרוניות היציבות ביותר שלהם).

שני הסולמות מייצרים ערכים אלקטרוניים של דומים עבור האלמנטים וקשורים בערך לשחזור הבא:

Χ _P = 1.35 (Χ _M ) ^1/2 - 1.37

גם X _M וגם X _P הם ערכים חסרי ממדים; כלומר חסר להם יחידות.

בקנה מידה של AL Allred ו- E. Rochow

ישנם סולמות אלקטרוניים אחרים, כמו סולמות סנדרסון ואלן. עם זאת, זה שעוקב אחר השניים הראשונים הוא סולם Allred ו- Rochow (χ _AR ). הפעם זה מבוסס על המטען הגרעיני היעיל שחווה אלקטרון על פני האטומים. לכן זה קשור ישירות לכוח האטרקטיבי של הליבה ולאפקט המסך.

במה משתנה האלקטרוניטיבי בטבלה המחזורית?

מקור: Bartux ב- nl.wikipedia.

ללא קשר לסולם או לערכים שיש לכם, האלקטרוניטיביות עולה מימין לשמאל לתקופה, ומלמטה למעלה בקבוצות. לפיכך, הוא גדל לכיוון האלכסון הימני העליון (לא סופרת הליום) עד שהוא פוגש פלואור.

בתמונה למעלה תוכלו לראות את מה שנאמר זה עתה. בטבלה המחזורית, האלקטרוניגטיבים האלקטרוניים של פאולינג באים לידי ביטוי כפונקציה של צבעי התאים. מכיוון שהפלואור הוא האלקטרוניגטיבי ביותר, יש לו צבע סגול בולט יותר, ואילו הצבעים הכי פחות אלקטרוניים (או אלקטרופוזיטיביים) כהים יותר.

באופן דומה ניתן להבחין כי ראשי הקבוצות (H, Be, B, C וכו ') הם בעלי הצבעים הבהירים יותר, וככל שאחד יורד דרך הקבוצה, האלמנטים האחרים מתכהים. על מה זה? התשובה שוב היא הן בתכונות EI, AE, Zef (מטען גרעיני יעיל) והן ברדיוס האטומי.

האטום במולקולה

לאטומים הבודדים יש מטען גרעיני Z והאלקטרונים החיצוניים סובלים ממטען גרעיני יעיל מאפקט הסיכוך.

כאשר הוא נע לאורך תקופה, זף מתגבר באופן שהאטום מתכווץ; כלומר הרדיוסים האטומיים מופחתים לאורך תקופה.

יש לכך התוצאה שברגע הקשר של אטום אחד עם אחר, האלקטרונים "יזרמו" לעבר האטום עם הצף הגבוה ביותר. כמו כן, זה נותן אופי יוני לקשר אם יש נטייה ניכרת לאלקטרונים ללכת לכיוון אטום. כאשר זה לא המקרה, אנו מדברים על קשר קוולנטי בעיקר.

מסיבה זו האלקטרוניטיביות משתנה בהתאם לרדיוסים האטומיים, Zef, שבתורם קשורים קשר הדוק ל- EI ו- AE. הכל שרשרת.

לשם מה זה?

בשביל מה מיועד אלקטרוניות? באופן עקרוני לקבוע אם תרכובת בינארית היא קוולנטית או יונית. כאשר ההבדל האלקטרוניטיבי הוא גבוה מאוד (בקצב של 1.7 יחידות ומעלה), אומרים כי התרכובת היא יונית. זה שימושי גם להבחנה במבנה שאזורים יהיו עשירים יותר באלקטרונים.

מכאן ניתן לחזות איזה מנגנון או תגובה התרכובת עשויה לעבור. באזורים עניים באלקטרונים, δ +, מינים בעלי מטען שלילי עשויים לפעול בדרך מסוימת; ובאזורים עתירי אלקטרונים האטומים שלהם יכולים ליצור אינטראקציה בדרכים מאוד ספציפיות עם מולקולות אחרות (אינטראקציות דיפול-דיפול).

דוגמאות (כלור, חמצן, נתרן, פלואור)

מהם ערכי האלקטרוניטיביות עבור אטומי כלור, חמצן, נתרן ופלואור? אחרי פלואור, מיהו האלקטרוניגטיבי ביותר? באמצעות הטבלה המחזורית ניתן לראות כי לנתרן יש צבע סגול כהה, ואילו הצבעים לחמצן וכלור דומים חזותית מאוד.

ערכי האלקטרונינגטיביות שלו עבור סולם פאולינג, מוליקן ואלרוד-רוכוב הם:

Na (0.93, 1.21, 1.01).

או (3.44, 3.22, 3.50).

Cl (3.16, 3.54, 2.83).

F (3.98, 4.43, 4.10).

שימו לב שעם הערכים המספריים נצפה הבדל בין השליליות של חמצן וכלור.

על פי סולם המוליקנים, הכלור הוא אלקטרונגטיבי יותר מחמצן, בניגוד למאזני פאולינג ואלרוד-רוכוב. ההבדל האלקטרוניטיבי בין שני האלמנטים ניכר עוד יותר בעזרת סולם Allred-Rochow. ולבסוף, פלואור ללא קשר לסולם שנבחר הוא האלקטרוניטיבי ביותר.

לפיכך, כאשר יש אטום F במולקולה זה אומר שהקשר יהיה בעל אופי יוני גבוה.

הפניות

1. שיבר ואטקינס. (2008). כימיה אורגנית. (מהדורה רביעית. עמודים 30 ו -44). מק גריי היל.
2. ג'ים קלארק. (2000). אלקטרונגטיביות. נלקח מ: chemguide.co.uk
3. אן מארי הלמנסטין, דוקטורט. (11 בדצמבר 2017). הגדרה אלקטרונית של דוגמאות ודוגמאות. נלקח מ: thoughtco.com
4. מארק א. טוקרמן. (5 בנובמבר 2011). סולם אלקטרוניות. נלקח מ: nyu.edu
5. ויקיפדיה. (2018). אלקטרונגטיביות. נלקח מ: es.wikipedia.org